多跨连续梁桥跨结构的施工监控技术

陈梦成 顾章川

（华东交通大学土木建筑学院，330013，南昌∥第一作者，教授）

多跨连续梁的施工过程中，由于桥梁结构的自重、施工工法以及材料的弹性模量、混凝土收缩徐变系数、温度等因素的随机影响，成桥的梁部线形和空间位置不断发生变化。此外，某些偏差（如主梁的竖向挠度误差）具有累积的特性，若对偏差不加以及时有效地调整，随着梁悬臂长度的增加，主梁的标高会显著偏离设计值。因此，为了使成桥后桥梁的线形符合设计的目标线形，保证施工质量和桥梁精确合拢，必须对其施工过程中的变形进行控制。

现以沪宁城际铁路五牧河大桥为例，桥孔布置为（48＋80＋48）m连续梁桥，全长173.2 m（含两侧梁端至边支座中心各0.6 m）。该大桥为变截面，桥梁跨五牧河，采用挂篮施工，对施工质量控制要求很严格，施工中轴线偏差的误差容许值为10 mm，主梁标高的容许误差值为±20 mm。大桥在施工阶段的安全以及成桥后的线型，是关系到沪宁城际铁路完成后是否能正常运营的关键。因此对大桥进行施工阶段的监控与监测是有必要的。

1 施工监控方案

施工监控的目的是要对成桥目标进行有效控制，修正在施工过程中各种影响成桥目标的参数误差对成桥目标的影响，确保成桥后结构受力和线形满足设计要求。因此，连续梁桥施工控制的原则为以主梁线形控制为主，应力控制为辅。这是因为在悬臂施工阶段梁段是静定结构，合拢过程如不施加额外的压重，成桥后内力状态一般不会偏离设计值很远。确保线形满足设计要求是第一位的。施工中以标高控制为主，确保顺利合拢；主梁截面内力的监控放到次要位置，主要是通过对控制截面内力（应力）监测，保证施工过程中内力（应力）偏差在允许范围内，保证施工过程的安全。

1.1 线型监测

桥梁的实时线形测量是施工监控、监测的重要工作之一。线型监测包含对主梁高程和主梁轴线偏位两部分内容。

高程监测是指用精密水准仪对主梁各块件控制点的标高进行测量。如果线型监测控制点设置适当（沿梁端横向三点布置），还可以测出主梁块件的扭曲程度。另外，应使用经纬仪对主梁轴线进行测量。主梁的线型监测以线型通测和局部块件标高测量相结合，在主梁块件浇筑、及支架移动后等施工阶段进行。

特别是在浇筑梁段前后和预应力张拉前后，对梁段块件标高的测量能反映出实际施工时主梁的挠度变化。这些数据是进行施工控制分析的最重要因素之一。

1.2 力学监测

力学监测主要是指主梁及桥墩混凝土应力。力学监测需要在主梁的控制断面处，埋设应力测试元件，以测定各施工阶段主梁的混凝土应力。可采用混凝土应变计或钢筋计等元件来测定主梁的应力状况。把应力监测的结果与施工监控、监测中其它监测结果相结合，能更全面地判断全桥的内力状态，形成一个较好的预警机制，从而更安全可靠地保障桥梁施工。

2 施工监控方案的实施

2.1 主桥挠度变形监测

2.1.1 立模标高的设定

主梁在悬臂浇筑过程中，梁段立模标高的合理确定，是关系到主梁的线型是否平顺，是否符合设计的一个重要问题，如果在确定立模标高时考虑的因素比较符合实际，而且加以正确的控制，则最终桥面线型较好。否则，最终桥面线型会与设计线型有较大的偏差。

立模标高并不等于设计中桥梁建成后的标高，总要设置一定的预拱度，以抵消施工中产生的各种变形（挠度）。其计算公式如下：

式中：

H立模标高——施工j梁段时i梁段的立模标高（梁段最前端某确定位置）；

H设计标高——i梁段设计标高；

f预拱度——模拟施工过程的恒载（包括结构自重、预加力、混凝土收缩徐变影响、二期恒载及施工临时荷载等）引起的挠度与0.5静活载引起的挠度反向；

f挂篮变形——施工i梁段挂篮的变形值（修正值是为了保证桥梁的实际标高在设计标高的上下波动，避免出现始终低于或者高于设计标高的值，常常在1号块的时候取0.002，然后随着块数的增加而增加，在跨中合拢时达到最大值）。

2.1.2 测点布置

挠度测量数据是控制成桥线形最主要的依据。在预应力混凝土连续梁桥箱梁悬臂施工中，通过在每个悬浇梁段上布置3个对称的高程观测点，可以同时观测箱梁的竖向挠度及扭转变形情况。观测点为预留露出混凝土（约5cm）的钢筋头，顶板钢筋头布置在中心和翼缘边缘（见图1）。在0#块箱梁顶板处设置临时水准点，测试节段如图2所示。

图1 测点布置

图2 （48＋80＋48）m连续梁高程测点纵向布置图

2.1.3 测试方法

为了减小温度的影响，挠度的观测安排在清晨进行。测量工况包括立模、浇筑混凝土后、张拉预应力筋前后、移挂篮后。通过这些挠度观测资料对施工进行有效控制。对每一工况，用精密水准仪测定测点标高；立模时，测定底模板最前端高程，并在必要时作出调整（达到立模标高允许误差范围）。

2.2 控制界面混凝土应变观测

在施工箱梁的过程中在0号块、5号块（四分之一截面）以及主跨跨中（合龙段）埋应变计，温度是影响主梁挠度的主要因素之一。埋设截面与混凝土应变计埋设截面相同，如图3。

图3 混凝土应变和温度测点布置示意图

2.3 应力的计算

（1）混凝土弹性模量的计算公式如下：

式中：

Ec——某阶段混凝土弹性模量；

fcu——混凝土立方体抗压试验强度。

（2）温度修正应变计算公式如下：

式中：

ε——测量的应变值；

T——测量温度，℃；

T0——初读数时温度，℃；

F——一般情况下钢筋混凝土的线膨胀系数；

F0——钢弦的线膨胀系数。

（3）应力的计算公式如下：

式中：

ε修——温度修正应变；

ε初——浇混凝土前的初始应变；

Ec——混凝土的弹性模量。

下面以94号墩C截面为例，每个阶段的应力计算结果见表1。

表1 （48＋80＋48）m连续梁桥94#墩C截面各测点混凝土应力对比表 MPa

从该桥控制截面应力测试结果看，在支架浇注施工阶段，箱梁截面上下缘应力基本上处于全截面受压状态，各工况下理论设计值和实测值变化趋势基本吻合，都在设计规范允许范围之内，施工误差较小。施工各阶段应力增量的数据和变化规律基本相符，实测值在控制范围内。施工中顶板和底板应力的演变过程均比较正常，没有出现产生危险状态的应力异常现象。

3 实测挠度分析

3.1 实测挠度分析

分析沪宁城际铁路工程连续梁桥施工阶段的实测挠度资料，可以发现其挠度变化具有很强的规律性，这些规律可以概括为以下几点：

（1）挠度变化规律。浇筑混凝土之后，悬臂梁呈下挠变形；张拉预应力后，悬臂梁呈上挠变形；挂篮前移后，悬臂梁呈下挠变形。上述各工况中挠度变形均随着悬臂长度的增加而增大。

（2）对称性。各种工况下，所监测的连续梁桥桥墩两侧的悬臂端的挠度变化基本对称。

（3）无横向扭转现象。各工况下，同一梁段上的3个挠度监测点实测挠度变化几乎相等，说明在各工况下，箱梁没有出现横向扭转现象。

（4）实测挠度与设计计算挠度比较。所监测连续梁桥各节段在混凝土浇筑、预应力张拉及挂篮移动三阶段挠度值观测值与理论值吻合较好，除个别点因顶板混凝土面不平造成差值较大外，其余点差值均介于10～15mm之间。

3.2 实测应变分析

（1）从混凝土浇筑到混凝土初凝这个过程中，由于温度、收缩徐变等因素的影响，混凝土内测点的应变均无规律；

（2）在施工过程中，由于剪力滞效应的影响，腹板与顶底板相交处测点的应变变化较大，顶板中心线处测点应变次之，翼缘处测点应变变化最小；

（3）浇注混凝土使已有梁段顶面受拉，底面受压，边跨合拢前张拉预应力使已有梁段顶面受压，底面受拉，浇注和张拉预应力筋共同作用下箱梁全截面受压。

总之，梁底线形平顺，标高合理，符合设计要求；主梁结构受力状况良好，符合设计规范要求，主梁结构安全可靠。

4 结语

（1）桥梁施工中的主梁应力观测是一项长期、烦琐的现场监测工作，现场监测数据的准确性对整座桥的线形和应力的控制至关重要。

（2）在挂篮变形的观测过程中，通过模板观测由于浇注混凝土产生的挂篮变形，而通过钢筋头来观测由于张拉产生的高程变化，达到了较为精确的测量结果。

（3）计算应力时，必须考虑温度的影响，温度修正应变的计算必不可少。

（4）施工监控理论分析表明，沪宁城际铁路工程连续梁桥体预应力张拉完毕后，混凝土的收缩徐变将会引起主跨标高向下回落，向设计标高靠拢。因此，建议在沪宁城际铁路工程连续梁桥的营运阶段，加强对大桥的长期监测，密切关注连续混凝土梁桥的各项参数变化，定期检测，确保沪宁城际铁路工程连续梁桥在设计使用年限内，始终处于良好的工作状态。

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